Entropy là một khái niệm quan trọng trong vật lý và hóa học, nó có thể được vận dụng cho những ngành khác, gồm có vũ trụ học và kinh tế tài chính. Trong vật lý, nó là một phần của nhiệt động lực học. Trong hóa học, nó là một khái niệm cốt lõi trong hóa học vật lý.

Bạn Đang Xem: Entropy là gì? Cách tính Entropy

Entropy là gì?

• Khái niệm entropy xuất phát từ nhiệt động lực học, liên quan đến việc truyền năng lượng nhiệt trong một mạng lưới hệ thống. Nó thay đổi trực tiếp với bất kỳ thay đổi nhiệt nào trong mạng lưới hệ thống.
• Nó là thước đo tính tình cờ hoặc rối loạn của một mạng lưới hệ thống.
• Giá trị của entropy phụ thuộc vào khối lượng của một mạng lưới hệ thống. Nó được ký hiệu bằng chữ S và có đơn vị joules/kelvin.
• Entropy có thể có mức giá trị dương hoặc âm. Theo định luật thứ hai của nhiệt động lực học, entropy của một mạng lưới hệ thống chỉ có thể giảm nếu entropy của một mạng lưới hệ thống khác tăng.

Entropy và định luật nhiệt động lực học thứ hai

Định luật thứ hai của nhiệt động lực học có nội dung như sau: trong bất kỳ mạng lưới hệ thống kín nào, entropy của mạng lưới hệ thống sẽ không còn đổi hoặc tăng.

Bạn có hiểu khái niệm trên như sau: Thêm nhiệt vào mạng lưới hệ thống khiến các phân tử và nguyên tử tăng tốc. Có thể để đảo ngược quá trình trong một mạng lưới hệ thống kín mà không lấy bất kỳ năng lượng nào hoặc phóng thích năng lượng ở một nơi khác để đạt đến trạng thái ban sơ. Bạn không bao giờ có thể đạt được toàn bộ mạng lưới hệ thống “ít năng lượng” hơn khi nó khai mạc. Năng lượng không có nơi nào để đi. Khi đối chiếu với các quá trình không thể đảo ngược, entropy phối hợp của mạng lưới hệ thống và môi trường tự nhiên của nó luôn tăng.

Phương pháp tính entropy

Có nhiều phương pháp tính chỉ số entropy, tùy vào tham dự nhiệt hay mục tiêu. Về cơ bản có những phương pháp tính sau:

Entropy của quá trình đẳng nhiệt

Trong một quá trình đẳng nhiệt, sự thay đổi entropy (S) là sự việc thay đổi nhiệt (quận) chia cho nhiệt độ tuyệt đối (T):

• Công thức: S = quận/T

Entropy của quá trình đảo ngược

Trong bất kỳ quá trình nhiệt động học đảo ngược nào, nó có thể được trình diễn bằng phép tính dưới dạng tích phân từ trạng thái ban sơ của trạng thái đến trạng thái cuối cùng của dQ/T. Theo nghĩa tổng quát hơn, entropy là thước đo xác suất và rối loạn phân tử của mạng lưới hệ thống vĩ mô.

Xem Thêm : Khí áp là gì lớp 6? Tại sao có khí áp?

Trong một mạng lưới hệ thống có thể được mô tả bởi các biến, các biến đó có thể giả thiết một số cấu hình nhất định. Nếu mỗi cấu hình có thể xẩy ra như nhau, thì entropy là logarit tự nhiên của số lượng cấu hình, nhân với hằng số của Boltzmann:

• Công thức: S = kB.ln.W

Trong số đó:

• S là entropy.
• kB là hằng số của Boltzmann và có mức giá trị 1.38065 × 10 23 J/K.
• ln là logarit tự nhiên.
• W đại diện thay mặt cho số lượng trạng thái có thể.

Entropy và năng lượng nội bộ

Trong hóa học vật lý và nhiệt động lực học, một trong những phương trình hữu ích nhất liên quan đến entropy với năng lượng bên trong (U) của một mạng lưới hệ thống là:

• Công thức: dU = TdS – pdV

Ở đây, sự thay đổi trong năng lượng nội dU bằng nhiệt độ tuyệt đối T nhân với sự thay đổi trong entropy trừ sức ép phía bên ngoài p và sự thay đổi về khối lượng V.

Những khái niệm khác về entropy

Entropy tuyệt đối

Một thuật ngữ liên quan là “entropy tuyệt đối”, được ký hiệu là S thay vì ΔS . Entropy tuyệt đối được khái niệm theo định luật thứ ba của nhiệt động lực học. Ở đây một hằng số được vận dụng làm cho entropy ở 0 tuyệt đối được xác định là 0.

Đơn vị của Entropy

Các đơn vị SI của entropy là J/K (joules/độ Kelvin).

Xem Thêm : Nghị luận về thái độ sống tích cực

Entropy và thời kì

Entropy thường được gọi là mũi tên thời kì vì vật chất trong các hệ cô lập có xu hướng chuyển từ trật tự sang rối loạn.

Ví dụ về entropy

Entropy có thể tăng hay giảm phụ thuộc vào hính dáng và kiểu liên kết hóa học của một chất nào đó.

Ví dụ entropy tăng

Một khối băng sẽ tăng entropy khi nó tan chảy. Thật dễ dàng để hình dung sự tăng lên sự rối loạn của mạng lưới hệ thống. Nước đá gồm có các phân tử nước liên kết cộng hóa trị với nhau trong một mạng tinh thể. Khi băng tan, các phân tử thu được nhiều năng lượng hơn, lan rộng ra xa hơn và mất cấu trúc để tạo thành chất lỏng. Tương tự, sự thay đổi từ chất lỏng sang chất khí, như từ nước sang hơi nước, làm tăng năng lượng của mạng lưới hệ thống.

Ví dụ entropy giảm

Điều này xẩy ra khi hơi nước thay đổi thành nước hoặc khi nước thay đổi thành băng. Định luật thứ hai của nhiệt động lực học không bị vi phạm vì vấn đề không nằm trong một mạng lưới hệ thống khép kín. Trong những lúc entropy của mạng lưới hệ thống được nghiên cứu có thể giảm, thì môi trường tự nhiên lại tăng lên.

Những quan niệm sai trái về entropy

Một số ý kiến ​​nhận định rằng định luật nhiệt động thứ hai có tức là một mạng lưới hệ thống không bao giờ trở nên ổn định hơn. Điều này là sai sự thực. Điều đó có tức là để trở thành ổn định hơn (để entropy giảm), bạn phải truyền năng lượng từ một nơi nào đó phía bên ngoài mạng lưới hệ thống, ví dụ như khi một phụ nữ mang thai lấy năng lượng từ thức ăn để làm cho trứng được thụ tinh hình thành em bé. Điều này là hoàn toàn phù phù hợp với định luật nhiệt động học thứ hai.